第3講 1 地理空間的表達(dá) 數(shù)據(jù)模型

第4講

地理空間現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)表達(dá)本章內(nèi)容§3.1空間抽象與空間數(shù)據(jù)§3.2空間數(shù)據(jù)概念模型§3.3空間關(guān)系§3.4空間數(shù)據(jù)邏輯模型地理空間（Geospace/GeographicSpace）中發(fā)生著地球上最復(fù)雜的物理過程、化學(xué)過程、生物過程和生物地球化學(xué)過程，存在著復(fù)雜的空間事物或地理現(xiàn)象，它們可能是物質(zhì)的，也可能是非物質(zhì)的，如山脈、水系、土地類型、城市分布、資源分布、道路網(wǎng)系、環(huán)境變遷等。地理空間中的這些空間事物或地理現(xiàn)象就代表了現(xiàn)實(shí)世界。GIS是如何理解現(xiàn)實(shí)世界的？是如何將現(xiàn)實(shí)世界簡化和抽象到計(jì)算機(jī)中的？§3.1空間抽象與空間數(shù)據(jù)3.1.1空間實(shí)體3.1.2空間抽象3.1.3空間數(shù)據(jù)Needbetterwaystorepresent,understand,manage,andcommunicaterealworld地理空間中的這些空間事物或地理現(xiàn)象就代表了現(xiàn)實(shí)世界，GIS是如何理解、表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的？是如何將復(fù)雜的地理事物和現(xiàn)象簡化和抽象到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行表示、處理和分析。3.1.1空間實(shí)體GIS是人們通過對各種各樣的地理現(xiàn)象的觀察抽象、綜合取舍，編碼和簡化，以數(shù)據(jù)形式存入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行操作處理的工具，從而達(dá)到對現(xiàn)實(shí)世界規(guī)律進(jìn)行再認(rèn)識和分析決策的目的。1）地理事物與現(xiàn)象

現(xiàn)實(shí)世界的地理事物與現(xiàn)象可劃分為5類：可精密觀測的自然對象（如建筑物的邊界）受采樣限制的自然對象（如河流的邊界）受定義限制的自然對象（如植被覆蓋率大小和范圍）不規(guī)則的人為對象（如行政區(qū)）規(guī)則的人為對象（如柵格、立方體元）3.1.1空間實(shí)體2）空間實(shí)體GIS將各種復(fù)雜的地理事物和地理現(xiàn)象簡化抽象為地理/空間實(shí)體（Geographic

Entity），又稱為地理/空間要素（Geographic

Feature）?？臻g實(shí)體的一個(gè)典型特征就是與一定的地理空間位置有關(guān)，都具有一定的幾何形態(tài)，分布狀況以及彼此之間的相互關(guān)系。3.1.2空間抽象GIS作為對地理空間事物和現(xiàn)象進(jìn)行描述、表達(dá)和分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，首先必須將現(xiàn)實(shí)世界描述成計(jì)算機(jī)能理解和操作的數(shù)據(jù)形式。數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行認(rèn)知、簡化和抽象表達(dá)，并將抽象結(jié)果組織成有用、能反映形式世界真實(shí)狀況數(shù)據(jù)集的橋梁，是GIS的基礎(chǔ)，即：要將空間實(shí)體抽象為數(shù)據(jù)模型。由于地理空間事物和現(xiàn)象的復(fù)雜性和人們認(rèn)識地理空間在觀念或方法上的不同，GIS對空間實(shí)體的抽象方式也存在一定的差別，或者說不同的學(xué)科或部門可能對地理空間按照各自的認(rèn)識和思維方式來構(gòu)造不同的數(shù)據(jù)模型。ISO/TC211制定了對地理空間認(rèn)知的概念模式，規(guī)范以數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換為目的的空間信息基本語義和結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確描述空間信息，規(guī)范管理空間數(shù)據(jù)，促進(jìn)人們對空間信息有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)知和一致的使用方法，促進(jìn)GIS的互操作性。基本思路：

確定地理空間領(lǐng)域

建立概念模型

構(gòu)成實(shí)現(xiàn)模型。

3.1.2空間抽象觀察和認(rèn)知信息選擇、綜合、簡化和抽象概念模型ConceptialModel邏輯數(shù)據(jù)模型LogicalDataModel編碼、表達(dá)、建立空間關(guān)系物理數(shù)據(jù)模型PhysicalDataModel數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織概念世界最高層數(shù)據(jù)世界（計(jì)算機(jī)）中間層空間數(shù)據(jù)庫最底層現(xiàn)實(shí)世界抽象世界還原世界地理事物與現(xiàn)象3.1.3空間數(shù)據(jù)◆

在計(jì)算機(jī)中，現(xiàn)實(shí)世界是以各種數(shù)字和字符形式來表達(dá)和記錄的；◆點(diǎn)（Point）是構(gòu)成空間實(shí)體的基本元素，各類空間實(shí)體的表達(dá)關(guān)鍵看如何表達(dá)一個(gè)點(diǎn)，有兩種方法：

矢量表示法：采用沒有大小的點(diǎn)來表達(dá)基本點(diǎn)元素；

柵格表示法：采用有固定大小的點(diǎn)（像元）來表達(dá)基本點(diǎn)元素。湖泊河道居民地路流空間實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)：3.1.3空間數(shù)據(jù)GIS空間數(shù)據(jù)代表著現(xiàn)實(shí)世界（Geospace）的空間實(shí)體在信息世界中的映射，它反映的特征包含空間實(shí)體向我們傳遞的基本信息?，F(xiàn)實(shí)世界GeospaceGIS坐標(biāo)空間映射Mapping空間數(shù)據(jù)是空間實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)。空間數(shù)據(jù)的基本任務(wù)：把圖形模擬的空間物體表示成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字形式。1）空間數(shù)據(jù)的基本特征3.1.3空間數(shù)據(jù)空間特征包括空間位置特征和空間關(guān)系特征。空間位置是空間實(shí)體在一定坐標(biāo)系中的地理空間位置或幾何定位，通常采用GIS坐標(biāo)來表示，包括空間實(shí)體（對象）的位置、大小、形狀和分布狀況等?？臻g關(guān)系是空間實(shí)體在空間上的相互關(guān)系，包括：拓?fù)潢P(guān)系、順序關(guān)系和度量關(guān)系。人類對空間實(shí)體（對象）的定位通常不是通過記憶其空間坐標(biāo)，而是確定該對象與其它更熟悉的對象間的空間關(guān)系。

屬性特征（非空間特征/專題特征）是與空間實(shí)體相聯(lián)系的、表征空間實(shí)體本身性質(zhì)的數(shù)據(jù)或數(shù)量，通常分為定性屬性（如：名稱、類型、特性等）和定量屬性（如：數(shù)量、等級等）。時(shí)間特征（時(shí)態(tài)特征）是指空間實(shí)體隨著時(shí)間的變化而變化的特性。其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長期的等等。嚴(yán)格地講，空間數(shù)據(jù)總是在某一特定時(shí)間或時(shí)段內(nèi)采集得到或計(jì)算產(chǎn)生的。1）空間數(shù)據(jù)的基本特征3.1.3空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的基本特性（JackDangermond，1984）2）空間數(shù)據(jù)的類型3.1.3空間數(shù)據(jù)（1）幾何圖形數(shù)據(jù)（2）遙感影像（3）地形數(shù)據(jù)（4）屬性數(shù)據(jù)（5）元數(shù)據(jù)（1）幾何圖形數(shù)據(jù)來源于各種類型的地圖和實(shí)測幾何數(shù)據(jù)（包括GPS數(shù)據(jù)），幾何圖形數(shù)據(jù)不僅反映空間實(shí)體的空間位置，還要反映實(shí)體間的空間關(guān)系。行政區(qū)劃圖2）空間數(shù)據(jù)的類型（2）影像數(shù)據(jù)主要來源于衛(wèi)星遙感、航空遙感和攝影測量等，包括多平臺、多層面、多種傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)。釣魚島2）空間數(shù)據(jù)的類型（3）地形數(shù)據(jù)來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型DEM（Grid格式/TIN格式），或其它形式的地形數(shù)據(jù)等。等高線DEM2）空間數(shù)據(jù)的類型（4）屬性數(shù)據(jù)來源于各類調(diào)查報(bào)告、實(shí)測數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料、解譯信息等。（5）元數(shù)據(jù)來源于由各類純數(shù)據(jù)通過調(diào)查、推理、分析和總結(jié)得到的有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、源數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法等。

（6）知識在具有智能化的GIS中還應(yīng)有規(guī)則和知識數(shù)據(jù)

2）空間數(shù)據(jù)的類型§3.2空間數(shù)據(jù)概念模型地球表面上的各種地理現(xiàn)象和物體錯(cuò)綜復(fù)雜，用不同的方法或從不同的角度對地理空間進(jìn)行認(rèn)知和抽象，可能產(chǎn)生不同的概念模型。因此，概念模型只能體現(xiàn)地理空間的某一方面。

點(diǎn)（Point）是構(gòu)成空間實(shí)體的基本元素，有兩種表示方法：

矢量表示法：點(diǎn)沒有大??；

柵格表示法：點(diǎn)有大小。湖泊河道居民地路流§3.2空間數(shù)據(jù)概念模型3.2.1對象模型3.2.2網(wǎng)絡(luò)模型3.2.3場模型3.2.4概念模型的選擇1.對象模型2.網(wǎng)絡(luò)模型3.場模型點(diǎn)(Point)有沒有大?。?.2.1對象模型基本空間對象的復(fù)合可以構(gòu)成復(fù)雜空間對象，對象與其他分離的對象保持特定的空間關(guān)系，如點(diǎn)、線、面、體之間的拓?fù)潢P(guān)系。每個(gè)空間對象都有其特定的許多屬性。對象模型強(qiáng)調(diào)地理空間中的單個(gè)地理現(xiàn)象（不連續(xù)的）。任何現(xiàn)象，不論大小，只要能從概念上與其相鄰的其他現(xiàn)象分離開來，都可以被確定為一個(gè)空間對象。對象模型一般適合于具有明確邊界的地理現(xiàn)象的抽象建模。

對象模型（ObjectModel/FeatureModel）將整個(gè)地理空間看成一個(gè)空域，空間實(shí)體作為獨(dú)立的空間對象分布在該空域中，按照其空間特征分為點(diǎn)、線、面、體四種基本空間對象。點(diǎn)(Point)沒有大小基于實(shí)體對象的描述把信息空間分解為對象（Object）或?qū)嶓w（Entity）,其特征如下

（1）被識別；（2）重要（與問題相關(guān)）（3）可被描述（有特征）點(diǎn)狀：氣象站、山峰、企事業(yè)單位等線狀：河流、海岸線、鐵路、行政邊界等面狀：土地利用模式、湖泊等點(diǎn)（point）實(shí)體

有位置，無寬度和長度；抽象的點(diǎn)美國佛羅里達(dá)洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個(gè)地震位置數(shù)據(jù)描述方式：(x,y)線(line)實(shí)體

有長度，但無寬度和高度用來描述線狀實(shí)體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實(shí)體距離香港城市道路網(wǎng)分布數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)…面(polygon)實(shí)體

具有長和寬的目標(biāo)通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）數(shù)據(jù)描述方式：(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)…(x1,y1)

3.2.2網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)（Network）是由歐式空間R2中的若干點(diǎn)及它們之間相互連接的線段構(gòu)成，如：道路網(wǎng)、水系網(wǎng)、管網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)由一系列節(jié)點(diǎn)（Node）和弧段（Arc）所組成，在本質(zhì)上，網(wǎng)絡(luò)模型可看作是對象模型的一個(gè)特例，由點(diǎn)對象和線對象之間的拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)成，它更側(cè)重于對象間的連通性。網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)、弧段道路網(wǎng)水系網(wǎng)點(diǎn)(Point)沒有大小3.2.3場模型

二維場：在二維空間R2中任意給定的一個(gè)空間位置上，都有一個(gè)表現(xiàn)某現(xiàn)象的屬性值，即A＝f(x，y)。（2.5維）

三維場：在三維空間R3中任意給定一個(gè)空間位置上，都對應(yīng)一個(gè)屬性值，即A＝f(x，y，z)。（真三維）一些現(xiàn)象本質(zhì)上是三維的（如大氣污染的空間分布），但為了便于表達(dá)和分析，往往采用二維空間來表示。場/域模型（FieldModel）把地理空間中的現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體來看待，如：地形高度、地表溫度、土壤濕度、大氣污染程度、海水鹽度等等。點(diǎn)(Point)有大小3.2.3場模型點(diǎn)(Point)有大小

規(guī)則分布的點(diǎn)不規(guī)則分布的點(diǎn)規(guī)則矩形區(qū)不規(guī)則多邊形區(qū)不規(guī)則三角形區(qū)等值線由于連續(xù)變化的空間現(xiàn)象難以觀察，往往在有限時(shí)空范圍內(nèi)獲取足夠高精度的樣點(diǎn)觀測值來表征場的變化。二維空間場的6種常用場模型：

等高線3.2.4概念模型的選擇點(diǎn)(Point)有沒有大??？地理現(xiàn)象既可以采用對象模型也可以采用場模型來建模。

“松樹”，0≤x≤7；4≤y≤7f(x,y)=

“冷杉”，0≤x≤3；0≤y≤4

“槐樹”，3≤x≤7；0≤y≤4b.按對象模型的林分建模c.按場模型的林分建模松樹冷杉槐樹（0,0）（0,4）（0,7）（3,0）（7,0）xa.多種林分的森林y區(qū)域ID主要林分區(qū)域/邊界FS1松樹(0,4),(7,4),(7,7),(0,7)FS2冷杉(0,0),(3,0),(3,4),(0,4)FS3槐樹(3,0),(7,0),(7,4),(3,4)場模型通常用于具有連續(xù)空間變化趨勢的現(xiàn)象，如海拔、溫度、土壤變化等。在遙感領(lǐng)域，場模型占據(jù)主導(dǎo)地位。對象模型一般用于具有明確邊界和獨(dú)立地理現(xiàn)象的建模，如道路、土地利用、城市規(guī)劃等等。對象和場可以在多種水平上共存，即在許多情況下需要采用對象模型和場模型的集成，對象模型和場模型各有長處，應(yīng)該恰當(dāng)?shù)鼐C合應(yīng)用這兩種模型對地理現(xiàn)象進(jìn)行抽象建模。

3.2.4概念模型的選擇§3.3空間關(guān)系3.3.1拓?fù)潢P(guān)系3.3.2順序關(guān)系3.3.3度量關(guān)系空間關(guān)系是指空間實(shí)體之間相互作用的關(guān)系，主要有三種：拓?fù)潢P(guān)系：用于描述空間實(shí)體之間的相鄰、連通、包含、相離和相交等空間關(guān)系；順序關(guān)系：用于描述空間實(shí)體在地理空間上的排列順序，如實(shí)體之間的前后、上下、左右和東、南、西、北等方位關(guān)系；度量關(guān)系：用于描述空間實(shí)體之間的距離遠(yuǎn)近等空間關(guān)系。對空間關(guān)系的描述是多種多樣的，有定量的，也有定性的，有精確的，也有模糊的。各種空間關(guān)系的描述也非絕對獨(dú)立，而是具有一定聯(lián)系。對空間關(guān)系的描述和表達(dá)，是GIS能夠進(jìn)行復(fù)雜空間分析的重要原因。

空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系

在GIS中，凡具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征的地理要素，都存在節(jié)點(diǎn)、弧段和多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)涠x：指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊。拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）拓?fù)渥儞Q（橡皮變換）

非拓?fù)鋵傩裕◣缀危┩負(fù)鋵傩裕]發(fā)生變化的屬性）兩點(diǎn)間距離一點(diǎn)指向另一點(diǎn)的方向弧段長度、區(qū)域周長、面積等一個(gè)點(diǎn)在一條弧段的端點(diǎn)一條弧是一簡單弧段（自身不相交）一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部/外部一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)/外部一個(gè)面是一個(gè)簡單面一個(gè)面的連通性面內(nèi)任兩點(diǎn)從一點(diǎn)可在面的內(nèi)部走向另一點(diǎn)3.3.1拓?fù)潢P(guān)系（1）鄰接關(guān)系：空間圖形中同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如多邊形之間的：P1與P2、P4，P4與P1、P2等；結(jié)點(diǎn)之間的：N1與N2、N3等；（2）關(guān)聯(lián)關(guān)系：空間圖形中不同類元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如結(jié)點(diǎn)與弧段的：N1與A1、A2、A3；弧段與多邊形的：A1與P1；弧段與結(jié)點(diǎn)的：A1與N1；多邊形與弧段的：P1與A1、A2、A7。N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7（3）包含關(guān)系：空間圖形中同類但不同級元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。例如多邊形P4中包含P3。（4）連通關(guān)系：空間圖形中弧段之間的拓?fù)潢P(guān)系。如A1與A2、A6和A7俗稱的拓?fù)潢P(guān)系是繪在橡皮上的圖形關(guān)系，或者說拓?fù)淇臻g中不考慮距離函數(shù)。地圖上各種圖形的形狀、大小會隨圖形的變形而改變，但是圖形要素間的鄰接關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系、包含關(guān)系和連通關(guān)系保持不變。1）拓?fù)潢P(guān)系的類型第一種分類方案3.3.1拓?fù)潢P(guān)系（1）鄰接關(guān)系（2）關(guān)聯(lián)關(guān)系（3）包含關(guān)系（4）連通關(guān)系N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7包含關(guān)系進(jìn)一步分為：簡單包含、多層包含、等價(jià)包含。P2P1P2P1P3P2P4P3P1a.簡單包含b.多層包含c.等價(jià)包含1）拓?fù)潢P(guān)系的類型第一種分類方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：全顯式表達(dá)N1B2N2N4N3B3B4B1A1A2A6A5A4A3A7A8N5A8B1B2B3B4A1A2A3A4A5A6A7N1N2N3N4N5M面弧點(diǎn)面-弧拓?fù)涿婊《位?點(diǎn)拓?fù)浠∑瘘c(diǎn)弧-面拓?fù)浠∽竺纥c(diǎn)-弧拓?fù)潼c(diǎn)弧段終點(diǎn)右面3.3.1拓?fù)潢P(guān)系2）拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)結(jié)點(diǎn)、弧段、多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系可以用四個(gè)關(guān)系表來表達(dá)。N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7一般規(guī)定，順時(shí)針方向?yàn)檎噙呅位《蜳1A1，A2，A7P2A5，A6，-A7P3A4P4-A2，A3，-A5，-A4弧段始節(jié)點(diǎn)終節(jié)點(diǎn)A1N2N1A2N1N3A3N1N5A4N4N4A5N3N5A6N5N2A7N3N2表1：多邊形(面域)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系表2：弧段與節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系負(fù)號代表弧段的方向3.3.1拓?fù)潢P(guān)系2）拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)N1N2N3N5A3P3P2P4A1N4P1A2A4A5A6A7結(jié)點(diǎn)弧段N1A1，A2，A3N2A1，A6，A7N3A2，A5，A7N4A4N5A3，A5，A6表3：節(jié)點(diǎn)與弧段的拓?fù)潢P(guān)系表4：弧段與多邊形的拓?fù)潢P(guān)系弧段左鄰面右鄰面A1P0/Φ

P1A2P1P4A3P4P0/Φ

A4P3P4A5P2P4A6P0/Φ

P2A7P2P13.3.1拓?fù)潢P(guān)系3）拓?fù)潢P(guān)系的意義空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系，對空間數(shù)據(jù)處理和空間分析具有重要的意義：拓?fù)潢P(guān)系能清楚地反映實(shí)體之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，它比幾何坐標(biāo)關(guān)系有更大的穩(wěn)定性，不隨投影變換而變化。利用拓?fù)潢P(guān)系有利于空間要素的查詢。例如，某條鐵路通過哪些地區(qū)，某縣與哪些縣鄰接。又如分析某河流哪些地區(qū)的居民提供水源，某湖泊周圍的土地類型及對生物、棲息環(huán)境作出評價(jià)等?？梢愿鶕?jù)拓?fù)潢P(guān)系重建地理實(shí)體。例如根據(jù)弧段構(gòu)建多邊形，實(shí)現(xiàn)道路的選取，進(jìn)行最佳路徑的選擇等3）拓?fù)潢P(guān)系的意義面—面關(guān)系：查詢與某個(gè)面狀地物相鄰的所有多邊形

線—線關(guān)系：查詢與某條河流關(guān)聯(lián)的所有支流3）拓?fù)潢P(guān)系的意義點(diǎn)—點(diǎn)關(guān)系：查詢與某口水井相距小于3Km的其它井線—面關(guān)系：檢索某國道經(jīng)過的所有縣市面—線關(guān)系：檢索某縣境內(nèi)所有公路3）拓?fù)潢P(guān)系的意義點(diǎn)—線關(guān)系：檢索某公路邊的加油站點(diǎn)—面關(guān)系：檢索某縣范圍內(nèi)郵電所分布情況拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：是否需要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?應(yīng)用目的制圖或一般查詢，可不要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)空間分析，則應(yīng)建立拓?fù)潢P(guān)系服務(wù)對象和系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)面狀目標(biāo)：面-弧、弧-面網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)：點(diǎn)-弧、弧-點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）順序關(guān)系是基于空間實(shí)體在地理空間的分布，采用上下、左右、前后、東南西北等方向性名詞來描述；與拓?fù)潢P(guān)系的形式化描述類似，也可以按點(diǎn)－點(diǎn)、點(diǎn)－線、點(diǎn)－面、線－線、線－面和面－面等多種組合來考察不同類型空間實(shí)體間的順序關(guān)系；3.3.2順序關(guān)系基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向a.點(diǎn)－點(diǎn)順序關(guān)系b.點(diǎn)－線順序關(guān)系c.點(diǎn)－面順序關(guān)系d.線－線順序關(guān)系e.線－面順序關(guān)系f.面－面順序關(guān)系基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向順序空間關(guān)系必須是在對空間實(shí)體間方位進(jìn)行計(jì)算后才能得出；實(shí)體間的順序空間關(guān)系隨著空間數(shù)據(jù)的投影、幾何變換，順序空間關(guān)系也會發(fā)生變化;在目前的GIS中，并不對順序關(guān)系進(jìn)行描述和表達(dá)。3.3.2順序關(guān)系基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)方向a.點(diǎn)－點(diǎn)順序關(guān)系b.點(diǎn)－線順序關(guān)系c.點(diǎn)－面順序關(guān)系度量關(guān)系主要指空間實(shí)體間的距離關(guān)系；按照拓?fù)潢P(guān)系中建立點(diǎn)－點(diǎn)、點(diǎn)－線、點(diǎn)－面、線－線、線－面和面－面等不同組合來考察不同類型空間實(shí)體間的度量關(guān)系；距離的度量可以是定量的（如按歐幾里德距離計(jì)算A實(shí)體距離B實(shí)體的直線距離），也可以應(yīng)用與距離概念相關(guān)的概念（如遠(yuǎn)近等）進(jìn)行定性描述；與順序關(guān)系類似，距離值隨投影和幾何變換而變化。建立點(diǎn)－點(diǎn)的度量關(guān)系容易、點(diǎn)－線和點(diǎn)－面的度量關(guān)系較難，而線－線、線－面和面－面的度量關(guān)系更為困難，涉及大量的判斷和計(jì)算。在GIS中，一般不明確描述度量關(guān)系。3.3.3度量關(guān)系§3.4空間數(shù)據(jù)邏輯模型3.4.1矢量數(shù)據(jù)模型3.4.2柵格數(shù)據(jù)模型3.4.3矢柵一體化數(shù)據(jù)模型3.4.4鑲嵌數(shù)據(jù)模型3.4.5面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型地理空間中的空間實(shí)體本質(zhì)上是時(shí)空四維的。在GIS中，為了簡化對空間實(shí)體的描述及其關(guān)系的表達(dá)，將空間實(shí)體（現(xiàn)象）隨時(shí)間的變化特征按不同時(shí)間點(diǎn)分別描述或?qū)傩约由蠒r(shí)間標(biāo)記；將三維空間實(shí)體投影到二維平面，在R2地理空間中建立表達(dá)空間實(shí)體及其關(guān)系的空間數(shù)據(jù)邏輯模型。

針對三類空間數(shù)據(jù)概念模型，一般采用5類空間數(shù)據(jù)邏輯模型：另外，還有三維空間數(shù)據(jù)模型、時(shí)空數(shù)據(jù)模型等矢量數(shù)據(jù)模型起源于“Spaghetti模型”——一種計(jì)算機(jī)制圖模型，適合于用對象模型/網(wǎng)絡(luò)模型抽象的空間對象。3.4.1矢量數(shù)據(jù)模型[sp?’ɡeti]意大利式細(xì)面條電力塔56100005810000楊樹林65750006555000松樹林2314河流56實(shí)體類型實(shí)體ID類別位置點(diǎn)5電力塔x1,y1點(diǎn)6電力塔x1,y1線4河流x1,y1；x2,y2；…；xn,yn多邊形1楊樹林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1多邊形2楊樹林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1多邊形3松樹林x1,y1；x2,y2；…；xn,yn;x1,y1矢量數(shù)據(jù)模型的基本特征：點(diǎn)對象用一對空間坐標(biāo)表示，二維空間中對應(yīng)為（x，y）；線對象由一串坐標(biāo)對組成，二維空間中表示為（x1，y1）,（x2，y2）,（xn，yn）；面對象由其邊界線表示，表示為首尾相連的坐標(biāo)串，二維空間中對應(yīng)為（x1，y1）,（x2，y2）,（xn，yn）,（x1，y1）；用惟一標(biāo)識符（ID）來標(biāo)識每個(gè)空間對象；可以明確地描述空間對象間的拓?fù)潢P(guān)系。3.4.1矢量數(shù)據(jù)模型矢量數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)：不同比例尺下的矢量數(shù)據(jù)模型，同一空間對象可以被抽象為不同的幾何對象；矢量數(shù)據(jù)模型能夠精確地表示點(diǎn)、線及面（多邊形）對象，并且能方便地進(jìn)行比例尺變換、投影變換以及輸出到筆式繪圖儀上或視頻顯示器上。柵格數(shù)據(jù)模型適合于用場模型抽象的空間對象，采用面域或空域的枚舉來直接描述空間實(shí)體。3.4.2